JPH01430A - トルク計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、軸を伝わるトルクを８１１１定するトルク計
に関するもので、トルク測定すべてに利用出来る。

〔従来の技術〕

従来のトルク計の第１例を第９図に示す。第９図におい
て、１は駆動側軸、２は負荷側、Ｉ［ｌｌである。

３はトーションバーで前記１と２の軸と一体となってい
る。４ａと４ｂは歯車で、それぞれ前記１と２の軸に一
体に取付けられている。５ａと５ｂは電磁ピックアップ
で、それぞれ４ａと４ｂの外周に接近させて静止側に設
置しである。無負荷の状態で駆動側軸１を回転すると、
歯ＴＩＥ４ａ、４ｂも回転し、電磁ピックアップ５ａ、
５ｂからは、歯車４ａ、４ｂの歯によって生じる磁気抵
抗の変化により正弧波状の出力が得られ、それらの位相
差は一定である。この状態で負荷側軸２に負荷が加わる
とそのトルクによりトーションバー３にねじれが生じ、
電磁ピックアップ５ａ、５ｂの出力信号の位相差か変化
する。この位相差がトーションバー３に加わるトルクと
比例しているため、この位相差の変化を検出することに
より、トルクを求める方式である。

従来のトルク計の第２例を第１０図、第１１図に示す。

第１０図、第１１図において、１は駆動側軸、２は負碕
側軸である。：３は１・−ジョンバーで前記１と２の軸
と一体である。６ａ、６ｂは前記１と２の軸に一体に取
付けられたカップアダプタである。８は静止側トロイダ
ルコイルでカップアダプタ６ａと６ｂの間に挿入されて
いる。７ａ〜７ｂは永久磁石でカップアダプタ６ａと６
ｂの外周に沿って実装され−７ａ　＊　７　ｃ　＋　７
　ｅ　Ｔ　７　ｇと７ｂ、７ｄ、７ｆ、７ｈは静止側ト
ロイダルコイル８をはさんで相対し、磁極の方向はすべ
て同じである。

トーションバー３にトルクが加わっていない場合に゛は
、静止側トロイダルコイル８に加わる磁束は、静止側ト
ロイダルコイル８の中心軸と平行な成分のもであるが、
トルクが加わると、トーションバー３にねじれが生じ、
このため、相対している永久磁石７８〜７ｈの相対位置
に変化が生じる。

そのため静止側トロイダルコイル８を通る磁束に円周方
向の成分φｄが生じる。このφｄの大きさはトーション
バー３のねじれ角、すなわち、トーションバー３に加わ
るトルクに比例している。したがって、静止側トロイダ
ルコイル８の円周方向磁束φｄを測定することによりト
ルクを測定できる。なお、φｄは直流磁束であるため、
静止側トロイダルコイル８に交流バイアスを加えて検出
している。

なお、回転トルク測定装置として、特公昭４１−６５１
９号公報に開示されたものが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のトルク計にはつぎの問題があった。

（ａ）２組の歯車と電磁ピックアップを用い、歯車の回
転による磁気抵抗の変化により出力信号を得ているため
、軸が回転していない時には測定ができない。（第１例
） （ｂ）　磁束を発生するのに永久磁石を用いているため
、永久磁石の保磁力の温度変化、経年変化等により、静
止側トロイダルコイルを通る磁束の大きさが変化し、測
定値に誤差が生じる。（第２例） 本発明の目的は、軸が回転していないときにも測定がで
き、かつ、保磁力の温度変化、経年変化等に影響されな
い正確なトルクが測定できるトルク計を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するための第１の手段は、トーションバ
ーの両側に２つの歯付リングを歯が相対するよう取付け
、その歯に２つの励磁コイルと２つの検出コイルを巻き
、トーションバーにトルクが加わることにより生じるね
じれ角により、励磁コイルの巻かれた歯の相対面積は変
化させず、検出コイルの巻かれた２つの歯の相対面積は
差動的に変化するよう歯付リングを構成し、励磁コイル
へ流す電流と検出コイルの電圧を２つのロータリトラン
スにより静止側と回転側との間で伝送することである。

また、上記１１題を解決するための第２の手段は、トー
ションバーの両側に２つの歯付リングを歯が相対するよ
うに取付け、トーションバーにトルクが加わることによ
り生じる２つの歯付リング間のねじれ角により、４組の
歯の相対面積が差動的に変化するように歯付リングを構
成し、それぞれの歯に検出コイルを巻き、その検出コイ
ルによりブリッジを構成し、ブリッジへ加える励磁電圧
と、ブリッジの出力電圧を２つのロータリトランスによ
り静止側と回転側との間で伝送することである。

〔作用〕

上記第１の手段の作用は、次のとおりである。

トーションバーに取付けられた歯付リングの検出コイル
を巻いた２つの歯の相対面積はトルクによるねじれ角に
対して差動的に変化するため、その磁気抵抗も差動的に
変化する。したがって、励磁コイルにより発生した磁束
が２つの検出コイル内を通過する量はトルクに対して差
動的に変化し、２つの検出コイルを差動的に結線するこ
とによりトルクに比例した電圧を得ることができる６な
お、回転側と静止側との伝送にはロータリトランスを用
いているため、静止時でも回転時でもトルクの測定が可
能である。また、励磁側ロータリトランスに流す交流電
流を一定にすれば励磁コイルに流す交流電流も一定にな
り、温度変化等により歯付リングの透磁率が変化した場
合でも励磁コイルにより発生する磁束を一定にすること
が出来、温度特性を改善できる。

上記第２の手段の作用は、次のとおりである。

トーションバーに取付けた歯付リングの検出コイルを巻
いた４つの歯の相対面積はトルクによるねじれ角に対し
て差動的に変化するため、その磁気抵抗も差動的に変化
し、検出コイルの自己インダクタンスも差動的に変化す
る。そこで、４つの検出コイルにより同じ方向に変化す
るどうしを対辺としたブリッジを構成すれば、そのブリ
ッジのアンバランス量はトーションバーに印加されるト
ルクに比例する。したがって、上記、ブリッジに一定の
電圧を加えておけば、ブリッジの出力電圧はトルクに比
例した電圧となる。なお、回転側と静止側との伝送には
ロータリトランスを用いているため、静止時でも回転時
でもトルクの測定が可能である。また、温度変化等によ
り歯付リングの透磁率が変化し、検出コイルの自己イン
ダクタンスが変化した場合でも、その変化は４つとも同
じ方向に変化し、ブリッジのアンバランス量の変化とし
ては表れないので、温度の影響を受けない。

〔実施例〕

以■、本発明を具体的実施例により説明する。

まず、第１図ないし第３図を用いて１本発明の一実施例
を説明する。第１図に全体の構成を示す。

歯付リング９ａ、９ｂは強磁性を有する材料で作られ、
それぞれに２枚ずつの励磁用歯１０ａ〜１０ｄと２枚ず
つの検出用歯１２ａ〜１２ｄ（１２ｃ。

１２ｄば図示されていない。）が形成され、歯の部分を
相対させている。このとき、歯と歯は接触していても、
若干の間隔があってもよい、歯付リング９ａ、９ｂの歯
と反対側には、電気信号伝送用のロータリトランスロー
タＬ５ｉ、１５ｂが形成され、その内周面を磁気的絶縁
体であるスペーサ１６によりトルクを伝えるトーション
バー３に固着され、３と共に回転できるようになってい
る。

励磁用歯１０ａ、１０ｃには励磁コイル】１ｄ。

１１ｂが巻かれ、ロータリトランスロータ１５ａと結線
されている。検出用１１２ａ、１２ｄには検出コイル１
．３ａ、１３ｂが巻かれ、ロータリトランスロータＬ５
ｂと結線されている。

ロータリトランスロータ１５ａ、１５ｂの外周にはロー
タリトランスステータ１４ａ、１４ｂが１５ａ、１５ｂ
とそれぞれ磁気的にカップリングされて静ＩＦ側に固定
されている。

第２図は歯付リング９ａ、９ｂ、励磁用歯１０ａ〜１０
ｄ検出用歯１２ａ〜１２ｄの展開図で本発明の原理を示
す、歯付リング９ａ、９ｂは、トーションバー３に固着
されているため、トルクが加わると図上で相対的に上下
にずれる。したがって、励磁用歯１０　ａ　〜１０　ｄ
と検出用歯１２ａ”１２ｄも上下にずれることになる。

そこで、励磁用歯に付いてはトルクが加わっても相対面
積が変化しないよう、歯幅を変化さ仕ている０図では、
１０ｂよりｌｏａが広＜、１０ｃより１０ｄが広くしで
ある。検出用ｍに付いてはトルクに応じて相対面積が変
化するよう、同じ歯幅とし、測定トルク範囲内では歯が
完全に重ならないようにずらしてあり、その方向は、２
対の検出用歯の相対面積の変化が逆になるようにしてい
る０図では１２ａより１２ｂが下側にずれ、１２ｃより
１２ｄが上側にずれている。つまり、トルクが加わって
いない場合は１２ａ、１２ｂと１２ｃ、１２ｄの相対面
積は同じであるが、歯付リング９ａを下側にずらすよう
なトルクが加わった場合は、１２ａ、１２ｂの相対面積
は増大し、１２Ｑ、１２ｄの相対面積は減少する。

ロータリトランスステータ１４ａに一定電流を流すと、
励磁コイルｌｌａ、ｌｌｂに一定電流が流れ、起磁力が
発生し、励磁用歯Ｉ　Ｑ　ａ　＋　１００　ｅ歯付リン
グ９ａ、検出用歯１２ａ〜１２ｄ、歯付リング９ｂ、励
磁用歯１０ｂ、１０ｄと磁束が流れる。そこで、検出用
歯１２ａ〜１２ｄを流れる磁束に着目すると、トルクが
加わらないときには、１２ａ−１２ｂの相対面積と１２
ｃｍ１２ｄの相対面積は等しいため、その磁気抵抗も等
しく、それぞれを流れる磁束も等しい。しかし、トルク
が加わると１２　ａ　−１２ｂの相対面積と１２０−１
２ｃｌの相対面積は差動的に増減し、それにともない、
それぞれを流れる磁束も差動的に増減する。

上記、相対面積はトルクに比例して増減するため。

検出用歯１２ｂ、１２ｄに検出コイル１３ａ。

Ｌ３ｂを巻き、その起電力を差動的に検出することによ
りトーションバー３に加わるトルクを１ｌｌｌｌ定出来
る。

第３図に配線図を示す。励Ｆｄ＆電源１７と励磁コイル
ｌｌａ、ｌｌｂはロータリトランスステータ１４ａとロ
ータリトランスロータ１５ａの磁気結合を介して結線さ
れ、励磁用歯１０ａ〜１０ｄに磁束を発生する。検出コ
イル１３ａ、１３ｂは差動的に結線され、ロータリトラ
ンスロータ１５ｂとロータリトランス１４ａの磁気結合
を介して検大計１８に結線され、トーションバー３に加
わるトルクを検出する。

この実施例によれば、次のような効果がある。

ａ）ロータリトランスにより回転側と静止側との伝送を
行っているので、トーションバーが回転していないとき
でも測定できる。

ｂ）磁束を発生するため、励磁コイルを用い一定電流を
流しているので、磁性材の特性が温度。

経年変化等により変化しても磁束の量は変化せず、精度
の良い測定が出来る。

Ｃ）全ての信号伝送に磁束を用いているため、水分、油
等の雰囲気中でも、特別なシールなしに使用出来る。

ｄ）歯付リングとロータリトランスロータとを一体構造
に出来るため小形化が図れる。

次に１本発明の他の実施例を第４図ないし第８図により
説明する。第４図に全体の構成を示す。

歯付リング９ａ、９ｂは強磁性を有する材料で作られ、
それぞれに４枚ずつの導磁用歯２０ａ〜２０ｈと４枚ず
つの検出用歯２１ａ〜２１ｈが形成され、歯の部分を相
対させている。このとき。

歯と歯は接触していても、若干の間隔があってもよい、
歯付リング９ａの歯と反対側には、電気信号伝送用のロ
ータリトランスロータ１５ａ、１５ｂが形成され、その
内周面を磁気的絶縁体であるスペーサ１５ａによりトー
ションバー３の左側に固着され、３とともに回転できる
。歯付リング９ｂも歯と反対側の内周面をスペーサ１６
ｂによりトーションバー３の右側に固着されている。検
出用歯２１ａ、２１ｃ、２１８，２１Ｋに検出コイル２
２ａ〜２２ｄが巻かれ、それによりブリッジを構成し、
ロータリトランスロータ１５ａ、１５ｂと結線されてい
る。ロータリトランスロータ１５ａ。

１５ｂの外周にはロータリトランスステータ】４ａ。

１４ｂが１５ａ、１５ｂとそれぞれ磁気的にカップリン
グして静止側に固定されている。

第５図は歯付リング９ａ、９ｂ、導磁用歯２０ａ〜２０
ｈ、検出用歯２１ａ〜２１ｈの展開図でこの実施例の原
理を示す、歯付リング９ａ、９ｂはトーションバー３に
固着されているため、トルクが加わり、トーションバー
３にねじれ角が生じると図上で相対的に上下にずれる。

したがって、導磁用歯２０ａ〜２０ｈと検出用歯２１ａ
〜２Ｌｈも上下にずれることになる。そこで導磁用歯に
ついてはトルクが加わっても相対面積が変化しないよう
、２０　ａ　＊　２０　Ｑ　Ｔ　２０　ｅ　ｅ　２０　
ｇの歯幅の方が、２０ｂ、２０ｄ、２０ｆ、２０ｈの歯
幅より広くしである。検出用歯についてはトルクに応じ
て相対面積が変化するよう、同じ歯幅とし、８１定トル
ク範囲内では歯が完全に重ならないようずらしてあり、
その方向は、４対の検出用歯のうち、２対ずつの相対面
積の変化が逆になるようにしている。図では２１ａ、２
１Ｇより２１ｂ、２１ｆが上側にずれ、２１ｃ、２１ｇ
より２１ｄ、２１ｈが下側にずれＣいる。つまり、トル
クが加わっていない場合は、４対の検出用歯の相対面積
は同じであるが、歯付リング９ａｌ下側にずらすような
トルクが加わった場合は、２１　Ｆｌ　ｌ　２．１．　
ｂと２１ｅ。

２１ｆの相対面積は減少し、２］ｃ、２１ｄと２１ｇ２
２１ｈの相対ｉｉ積は増大する。したがって、検出用＠
２１ａ、２１ｃ、２１　Ｂ、２１ｇに老；イた検出コイ
ル２２ａ〜２２ｄの自己インダクタンスは、そのコイル
により発生する磁束の通る磁路の磁路抵抗に反比例する
ので、相対面積の減少した２１Ｑ。

２１ｂと２１ｅ、２Ｌｆの磁路抵抗は増加し、検出コイ
ル２２ａ、２２ｃの自己インダクタンスは減少する。ま
た同様に、検出コイル２２ｂ、２２ｄの自己インダクタ
ンスは増加する。

第６図に配線図を示す。検出コイル２２ａ〜２２ｄは図
に示すようにブリッジを形成し、上述したように、その
自己インダクタンスは２２ａ。

２２ｃと２２ｈ、２２ｄがト・ルクに対して差動的に増
減する。したがって、ブリッジにロータリトランスステ
ータ１４ａとロータリトランスロータ１５ａの磁気結合
を介して励磁電源１７の電圧を印加することにより、ト
ルクに比例した出力電圧が得られ、それを、ロータリト
ランスロータ１５ｂとロータリトランスステータ１４ｂ
の磁気結合を介して静止側に導き、電圧計１８によりト
ルクを測定する。

上記した本発明の他の実施例によれば、次の効果を有す
る。

ａ）ロータリ１−ランスにより回転側と静止側との伝送
を行っているので、トーションバーが回転していないと
きでも測定できる。

ｂ）トルりの検出に自己インダクタンスブリッジを用い
ているので、磁性材の特性が温度、経年変化等により変
化してもブリッジの出力電圧は変化せず、精度の良い測
定が出来る。

Ｃ）全ての信号伝送に磁束を用いているため、水分、油
等の雰囲気中でも、特別なシールなしに使用出来る６ ｄ）歯付リングとロータリトランスロータとを一体構造
に出来るため小形化が図れる。

第７図および第８図に他の歯付リングの構成を示す。第
５図の例では導磁用歯の相対面積をトルクに関係なく一
定にしていたが、第７図の例ではトルクにより変化する
ようにし、磁路抵抗の変化する場所を２ケ所している。

しかし、第５図の構成のままでは、検出コイル間で影響
を及ぼすため。

導磁用歯と検出用歯の並び方も変えである。

第８図の例は、歯付リング９からの歯の方向を変更した
もので、第５図では歯付リング９の端面に歯を構成した
が、第８図では歯付リング９の内外周面に歯を構成して
いる。動作は第５図と同様である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、軸が回転していな
いときにも測定ができ、しかも、保持力の温度変化、経
年変化等に影響されない正確なトルクが測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の正面図、第２図は第１図の
実施例の展開図、第３図は第１図の実施例の回路図であ
る。第４図は本発明の他の実施例の正面図、第５図は第
４図の実施例の展開図、第６図は第４図の実施例の回路
図である。第７図。 第８図は他の実施例をそれぞれ示す図である。第９図〜
第１１図はそれぞれ従来例を示す図である。 ３・・・トーションバー、９・・・歯付リング、１０・
・・励磁用歯、１１・・・励磁コイル、１２・・・検出
用歯。 １３・・・検出コイル、１４・・・ロータリトランスス
テータ、１５・・・ロータリトランスロータ、２０・・
・導磁用歯、２１・・・検出用歯、２２・・・検出コイ
ル０．・１°、−装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、トルク伝達軸の外周に軸方向に対してある間隔を持
   つて固着された２つの磁性リングと、そのリングの相対
   する部分の円周方向に２つ以上のトルクによるねじれに
   より相対面積が変化しないようにした励磁用凸部と、２
   つ以上のトルクによるねじれにより相対面積が変化する
   ようにした検出用凸部と、励磁用凸部に磁束を与える励
   磁コイルと、検出用凸部のトルクにより変化する磁束を
   検出する検出コイルと、静止側から励磁コイルに電流を
   流す手段と、検出コイルの電圧を静止側に伝送する手段
   とを設け、励磁コイルに一定の交流電流を流すことによ
   り、トルク伝達軸に加わるトルクに対応した出力を得る
   ことが出来ることを特徴とするトルク計。 ２、トルク伝達軸の外周に軸方向に対してある間隔を持
   つて固着された２つの磁性リングと、そのリングの相対
   する部分の円周方向に４つ以上のトルクによるねじれに
   より相対面積が差動的に変化するようにした検出用凸部
   と、検出用凸部のトルクにより変化する磁路抵抗により
   自己インダクタンスが変化する検出コイルにより形成し
   たインダクタンスブリッジと、静止側からインダクタン
   スブリッジに電圧を供給する手段と、インダクタンスブ
   リッジの出力電圧を静止側に伝送する手段とを設け、イ
   ンダクタンスブリッジに一定の交流電圧を加えることに
   より、トルク伝達軸に加わるトルクに対応した出力を得
   ることが出来ることを特徴とするトルク計。